(57)【要約】【課題】  軸と軸受のクリアランスを精度良く算出し、軸の芯出し精度の向上を図る。【解決手段】回転機診断システムは、回転機１の軸２の周方向に異なった位置にそれぞれ少なくとも１個設置した回転機１の軸２の半径方向変位を計測する軸変位検出器４と、回転機１の軸２を外力により変位させる入力手段５と、この入力手段５により回転機１の軸２を強制的に変位させて軸変位検出器４の計測値を記録する記録手段６と、この記録手段６により記録された計測値をグラフ表示する表示手段７と、この表示手段７により表示されたグラフから軸と軸受のクリアランスを算出するクリアランス算出手段８と、を有する。【選択図】  図１
2005326155.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転機の軸表面に少なくとも１個設置する回転機の半径方向変位を計測する第１の軸変位検出器と、
この第１の軸変位検出器とは軸のほぼ同一横断面で周方向に異なった位置に少なくとも１個設置する第２の軸変位検出器と、
前記回転機の軸を外力により半径方向に変位させる入力手段と、
この入力手段により前記回転機の軸を半径方向に変位させて前記第１及び第２の軸変位検出器の計測値を記録する記録手段と、
この記録手段により記録された計測値を、前記軸に垂直な平面上の座標を用いてグラフ表示する表示手段と、
この表示手段により表示されたグラフから軸と軸受のクリアランスを算出するクリアランス算出手段と、
を有することを特徴とする回転機診断システム。
【請求項２】
前記入力手段は、前記軸を軸受に接する位置まで変位させる手段を具備すること、を特徴とする請求項１記載の回転機診断システム。
【請求項３】
前記表示手段は、前記軸が外力により移動した軌跡を２次元で表示する手段を具備すること、を特徴とする請求項１又は２記載の回転機診断システム。
【請求項４】
前記クリアランス算出手段は、前記軸が外力により移動した軸中心の変位軌跡の最大外側を結んで形成した外接円に基づいて軸と軸受のクリアランスを算出する手段を具備すること、を特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の回転機診断システム。
【請求項５】
回転機運転時の振動を計測し、この計測結果と予め設定したしきい値を比較することにより良否判定を行う判定手段を有し、前記しきい値は、前記算出された軸と軸のクリアランスに基づいて調節されるものであること、を特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の回転機診断システム。
【請求項６】
回転機運転時の振動を計測し、この計測結果から作成するシミュレーション又はデータベースにより前記回転機以外の機器の運転状態の振動を予測して良否判定を行う判定手段を有し、前記シミュレーション又はデータベースは、前記算出された軸と軸のクリアランスに基づいて調節されるものあること、を特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の回転機診断システム。
【請求項７】
前記回転機は、原動機の軸及び負荷機械の軸が直結されて構成され、前記クリアランス算出手段は、この軸を直結する前に原動機及び負荷機械の各々の軸と軸受のクリアランスを算出する手段を具備すること、を特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の回転機診断システム。
【請求項８】
回転機の軸の半径方向変位を計測する第１の軸変位検出器を回転機の軸表面に少なくとも１個設置し、この第１の軸変位検出器とは軸のほぼ同一横断面で周方向に異なった位置に第２の軸変位検出器を少なくとも１個設置する軸変位検出器設置工程と、
前記回転機の軸を外力により変位させる入力工程と、
この入力工程により前記回転機の軸を変位させているとき前記第１及び第２の軸変位検出器の計測値を記録する記録工程と、
この記録工程により記録された計測値をグラフ表示する表示工程と、
この表示工程により表示されたグラフから軸と軸受のクリアランスを算出するクリアランス算出工程と、
を有することを特徴とする回転機診断方法。
【請求項９】
前記入力工程は、前記回転機の軸に外力を加えて軸が軸受に接するまで変位させるものであること、を特徴とする請求項８記載の回転機診断方法。
【請求項１０】
前記表示工程は、前記軸が外力により移動した軌跡を２次元で表示する工程を含むこと、を特徴とする請求項８又は９記載の回転機診断方法。
【請求項１１】
前記クリアランス算出工程は、前記軸が外力により移動した軸中心の変位軌跡の最大外側を結んで形成した外接円に基づいて軸と軸受のクリアランスを算出するものであること、を特徴とする請求項８乃至１０のいずれかに記載の回転機診断方法。
【請求項１２】
前記第１及び第２の軸変位検出器の計測値から算出される軸中心の変位軌跡の最大外側を結んで形成した外接を固定してグラフ表示し、現在の軸の位置をグラフ表示し、このグラフ表示を観察しながら前記軸の芯出し調整を行う芯出し調整工程を具備すること、を特徴とする請求項８乃至１１のいずれかに記載の回転機診断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転機の診断に係り、特に回転機の軸の芯出しを行う回転機診断システム及びその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
これまでの回転機診断における軸の芯出しでは、軸と軸受のクリアランスとして、設計値を使用している。また、回転機の組立時等における軸の芯出しでは、軸を軸方向に垂直な２方向（直角）のみ軸受に押し付け、このときの軸の変位をダイヤルゲージ等で記録し、この２方向の移動した距離の中心に軸を合わせていた。
【０００３】
しかし、従来の実機の軸受は、特にティルテリングパッドを有する軸受においては、その調整状態により、軸受のクリアランスは設計値とは大きく異なる場合があった。また、円筒やこれに類する形状の軸受についても製作誤差や運転後に発生した摩耗により、軸と軸受のクリアランスが設計値と異なる場合があった。このため、軸振動測定結果を用いた軸受部の擦れ判定のしきい値や、予測シミュレーションを行う際の軸受のばね特性が実機に合わない場合があった。例えば、運転中の軸変位が予め設定されたしきい値以下であっても、軸と軸受との擦れが発生している場合があった。
【０００４】
また、従来の軸の芯出し方法では、軸を押しねじ等で２方向に変位させ、その変位をダイヤルゲージ等により測定していた。そして押しねじで押したときのダイヤルゲージの指示の最大値と最小値の中間に軸の位置を調整していた。この方法の場合、軸の初期位置が軸受の端に寄っていた場合は、十分に軸受クリアランスを反映した変位を与えることが難しい場合があるため、軸の芯出しの精度が良くなかった。このため、原動機と負荷の中心が一致せず、例えば、芯出しの測定結果が規定値以内で他の組立指標であるランナウト等が規定値に収まっているにも拘らず、運転中に思わぬ振動問題が発生する場合があった。
【０００５】
また、軸の強制芯出しをする方法もある。この方法では、軸受に外力を加え、回転負荷トルクを測定して、回転圧縮機ポンプ内部のロータ及びシリンダのクリアランスを調整するものである。この方法においても、依然として、軸と軸受のクリアランスを算出して軸の芯出しを調整することができなかった（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平９−２５０４７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述の従来の回転機の軸の芯出しにおいては、この軸と軸受のクリアランスは設計値と大きく異なる場合があった。また、円筒やこれに類する形状の軸受についても製作誤差や運転後に発生した摩耗により、この軸と軸受のクリアランスが設計値と異なる場合があり、軸と軸受のクリアランスを精度良く算出することが課題であった。
【０００７】
また、従来の軸の芯出しでは、軸を押しねじ等で２方向に変位させ、また、その変位はダイヤルゲージ等により測定している。この方法の場合、軸の初期位置が軸受の端に寄っていた場合は、十分に軸と軸受のクリアランスを反映した変位を与えることが難しい場合があるため、回転機の軸の芯出しの精度の向上を図ることが課題であった。
【０００８】
本発明は上記従来技術の課題を解決するためになされたものであり、軸と軸受のクリアランスを精度良く算出し、軸の芯出しの精度の向上を図ることのできる回転体診断システム及びその方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明の回転体診断システムは、回転機の軸表面に少なくとも１個設置する回転機の半径方向変位を計測する第１の軸変位検出器と、この第１の軸変位検出器とは軸のほぼ同一横断面で周方向に異なった位置に少なくとも１個設置する第２の軸変位検出器と、前記回転機の軸を外力により半径方向に変位させる入力手段と、この入力手段により前記回転機の軸を半径方向に変位させて前記第１及び第２の軸変位検出器の計測値を記録する記録手段と、この記録手段により記録された計測値を、前記軸に垂直な平面上の座標を用いてグラフ表示する表示手段と、この表示手段により表示されたグラフから軸と軸受のクリアランスを算出するクリアランス算出手段と、を有することを特徴とするものである。
【００１０】
また、上記目的を達成するため、本発明の回転体診断方法は、回転機の軸の半径方向変位を計測する第１の軸変位検出器を回転機の軸表面に少なくとも１個設置し、この第１の軸変位検出器とは軸のほぼ同一横断面で周方向に異なった位置に第２の軸変位検出器を少なくとも１個設置する軸変位検出器設置工程と、前記回転機の軸を外力により変位させる入力工程と、この入力工程により前記回転機の軸を変位させているとき前記第１及び第２の軸変位検出器の計測値を記録する記録工程と、この記録工程により記録された計測値をグラフ表示する表示工程と、この表示工程により表示されたグラフから軸と軸受のクリアランスを算出するクリアランス算出工程と、を有することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、回転機の軸を強制的に変位させて、この計測値をグラフ表示することにより、軸と軸受のクリアランスを精度良く算出し、軸の芯出しの精度の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について図１乃至図６を参照して説明する。
【００１３】
図１は本発明の第１の実施の形態の回転機診断システムの概略構成を示すブロック図である。図示のように、回転機１は回転する軸２とこの軸２を回転支持する軸受３から構成される。
【００１４】
軸受３は、ティルテリングパッドを有する軸受や円筒やこれに類する形状の軸受がある。軸変位検出器４は軸２の周りに適切に設置される。ここで言う適切とは、図２に示すように、軸２の同一横断面で周方向に異なった位置の２個の軸変位検出器４、すなわち、第１の軸変位検出器４ａ、第２の軸変位検出器４ｂで測定できるように設置するという意味である。第１の軸変位検出器４ａ及び第２の軸変位検出器４ｂのなす角は９０度が望ましいが、１８０度でなければ任意の角度でよい。
【００１５】
この２個の軸変位検出器４に対向して、回転機１の軸２を変位させる入力手段である入力装置５が設置される。すなわち、この入力装置５も、図２に示すように、第１の軸変位検出器４ａ及び第２の軸変位検出器４ｂに対向して、５ａ、５ｂが設けられている。この入力装置５により回転機１の軸２を強制的に変位させて、第１及び第２の軸変位検出器４の計測値は記録手段である記録装置６に記録され、また表示手段である表示装置７にグラフ表示される。
【００１６】
さらに、この表示装置７により表示されたグラフから軸と軸受のクリアランスを算出するために、クリアランス算出手段８が連結されている。
【００１７】
なお、ティルテリングパッドを持つ軸受であれば、パッドの枚数を反映した多角形、真円軸受や楕円軸受では、それぞれ真円や楕円の軌跡が得られるので、その対辺距離や直径や長径や短径をもって軸受の実際のクリアランスとすることが可能である。しかし、軸受３の近傍で軸２の変位を測定できる場合は、上述とおりであるが、軸変位検出器４の取付け位置の制約で、軸受３近傍に軸変位検出器４を取り付けられなかった場合は、軸受３の位置と軸変位検出器４の設定位置の寸法による比例計算が必要となる。
【００１８】
図３は、本発明の実施の形態の軸と軸受のクリアランスを算出する際の軸の変位並びにその測定原理を示す構成図である。図示のように、回転機１の軸２に入力装置５により外力を加え、軸２を軸受３の最大のクリアランスまで変位させて、第１及び第２の軸変位検出器４ａ、４ｂの計測値を組合わせて作成した軌跡を表示装置７によりグラフ表示し、この計測値の軌跡の形状からクリアランス算出手段８により軸と軸受のクリアランスを算出していることを示す。
【００１９】
すなわち、この軸変位検出器４の出力を記録装置６及び表示装置７へ入力し、それぞれの軸変位検出器４ａ、４ｂの出力を記録すると共に、表示手段７においてｘｙパラメータ表示を行う。入力装置５により、軸２を任意の方向へ移動することができ、このときの軸２の変位を記録装置６及び表示装置７にて記録及び表示する。この入力装置５は、例えば人力でもよいし、起重機等の機械的な手段のいずれでもかまわない。このときの軸２の変位の軌跡からクリアランス算出手段８にて軸２と軸受３のクリアランスを算出する。
【００２０】
このように、軸２に入力装置５による外力を与えた場合、軸２は軸初期位置９から軸変位位置１０まで変位する。この軸２の変位を記録装置６及び表示装置７にて記録及び表示することにより、この変位は表示装置７上において軸初期位置１１から軸変位位置１２まで変位の軌跡として表示される。  
図４は本発明の実施の形態の軸と軸受のクリアランスを算出する際に測定した軸変位から軸と軸受のクリアランスを算出するときの原理を示す構成図である。図示のように、表示装置７において、第１の軸変位検出器４ａの観測値をｘ軸に、この第１の軸変位検出器４aとはほぼ直角に異なる位置にある第２の軸変位検出器４ｂの観測値をｙ軸にプロットすることにより、軸２が外力により変位したときの軌跡を軸中心の変位軌跡１３として２次元で表示する。
【００２１】
すなわち、入力装置５により、種々の方向に軸２を変位させたときの軌跡を軸中心の変位軌跡１３として記録し、表示する。そして、軸中心の変位軌跡１３の最大外側を結んで形成した外接円１５が軸と軸受のクリアランスを決定する。軸初期位置９を点線で示しており、その後、方向を変化させた入力５により種々な方向へ変位したときの軸変位位置を１０ａ、１０ｂ、１０ｃとして示している。
【００２２】
なお、軸と軸受のクリアランスの測定の精度をより向上するため、変位を与える入力装置５を制御し、例えば、軸の初期位置９から１０度刻みにすべての方向へ変位させるとか、記録装置６に格納された作業開始からの変位記録を参照し、まだ軸２を移動していない方向を判断して、その方向に外力を加えるとよい。
【００２３】
このように、適切に外力を与えることにより軸２は軸受３の内部のクリアランスいっぱいに移動するため、このときの軸変位検出器４の出力を記録し、プロットすれば、軸と軸受のクリアランスを算出することができる。軸変位検出器４の出力のプロットの最大外側を結んで形成した外接円１５が軸と軸受のクリアランスを決定する。すなわち、軸中心の変位軌跡１３の最大外側１５の点を結んで軸と軸受のクリアランスを算出することができる。軸中心の変位軌跡１３において、軸初期位置１４はほぼ一定している。
【００２４】
なお、現場において実際に軸と軸受のクリアランスを算出する場合は、人の手を入力手段とし、軸２を変位させる場合が多いと考えられるので、軸受３の端に沿った変位を与えるのは難しい。このため、軸中心の変位軌跡１３を記録し、この軸中心の変位軌跡１３の最大外側を結んで作成した外接円１５に基づいて、人力でも精度よく軸と軸受のクリアランスを算出することができるようになる。
【００２５】
このように、本実施の形態によれば、軸と軸受のクリアランスを精度良く算出できる。
【００２６】
図５は、本発明の実施の形態の回転機の軸を軸受の中心へ調整する際の原理を示す構成図である。図示のように、表示装置７において、軸中心の変位軌跡の最大外側を結んで作成した外接円１５並びに軸受の中心１７を固定して表示し、軸変位検出器４ａ、４ｂの観測値から算出される現在の軸の位置１８をグラフ表示することにより、この表示装置７を観察しながら軸２の芯出し調整を行うことができる。
【００２７】
すなわち、図５は、上述の軸中心の変位軌跡の最大外側を結んで作成した外接円１５の範囲内で軸２がどこにあるかを表示することにより、軸２をどこへもって行けば軸受３の中心に調整できるか示したものである。
【００２８】
上述のように算出した軸と軸受のクリアランスに対して、軸２がどの位置にあるかを表示することにより、軸２の軸受３に対する芯出し作業において、軸２をどの方向に移動すれば良いかを分かるようにすることにより、現場における軸の芯出し作業の簡易化及び精度の向上を可能とする。
【００２９】
また、算出した軸と軸受のクリアランスの中心、すなわち軸受中心１７と軸位置１８が一致するように調整移動することにより、例えば、回転機１であるモータ及びポンプの組立てにおける各々の芯出しの調整の支援が可能となる。
【００３０】
また、このように算出した軸と軸受のクリアランスをしきい値に反映することにより、軸２の擦れの発生をより精度よく判定することが可能となる。
【００３１】
また、回転機１の振動においては、軸受３が軸２を支持する際に求められるバネ特性が大きなファクターとなり、この特性には軸と軸受のクリアランスが大きな影響を与える。このように算出した軸と軸受のクリアランスから軸受３のバネ特性を求めることにより、シミュレーションの精度の向上を図り、より精度の高い判定が可能となる。
【００３２】
このように、本実施の形態によれば、軸と軸受のクリアランスを精度良く算出できるので、軸２の芯出しの精度の向上を図ることができる。
【００３３】
図６は、本発明の実施の形態の回転機調整方法の概略構成を示すブロックである。軸変位検出器設置工程１９では、回転機１の軸２の半径方向変位を計測する第１の軸変位検出器４ａを少なくとも１個設置し、この第１の軸変位検出器４ａとは軸２のほぼ同一横断面で周方向に異なった位置に第２の軸変位検出器４ｂを少なくとも１個設置する。
【００３４】
次に、入力工程２０では、回転機１の軸２を入力装置５により変位させる。この入力装置５は、図２に示すように、第１の軸変位検出器４ａ及び第２の軸変位検出器４ｂに対向して、５ａ、５ｂが設けられている。
【００３５】
次に、この入力工程２０により回転機１の軸２を強制的に変位させて第１及び第２の軸変位検出器４ａ、４ｂの計測値を記録する記録工程２１と、この記録工程２１により記録された計測値をグラフ表示する表示工程２２が実行される。
【００３６】
この表示工程２２により表示されたグラフから軸と軸受のクリアランスを算出するクリアランス算出工程２３が実行される。
【００３７】
なお、入力工程２０において回転機１の軸２に外力を加えて、軸２を軸受３に接する位置まで変位させて、記録装置６において第１及び第２の軸変位検出器４ａ、４ｂの観測値を組合せて記録するとともに、表示装置７において計測値の軌跡をグラフ表示している。クリアランス算出工程２３においてこの計測値の軌跡の形状から軸と軸受のクリアランスを算出している。
【００３８】
また、表示工程２２において、第１の軸変位検出器４ａの計測値をｘ軸に、この第１の軸変位検出器４ａとはほぼ直角に異なった位置にある第２の軸変位検出器４ｂの計測値をｙ軸にプロットすることにより、軸２が外力により変位した軌跡を２次元で表示し、この軸中心の変位軌跡１３の最大外側を結んで形成した外接円１５に基づいて軸と軸受のクリアランスを算出している。
【００３９】
本実施の形態によれば、軸と軸受のクリアランスを精度良く算出できるので、軸の芯出しの精度の向上を図ることができる。
【００４０】
更に本発明は、上述したような各実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施の形態の回転機診断システムの概略構成を示すブロック図。
【図２】本発明の実施の形態の回転機の軸に設置した第１及び第２の軸変位検出器並びに入力装置の配置図。
【図３】本発明の実施の形態の軸と軸受のクリアランスを算出する際の軸の変位並びにその測定原理を示す構成図。
【図４】本発明の実施の形態の軸と軸受のクリアランスを算出する際に測定した軸変位から軸と軸受のクリアランスを算出するときの原理を示す構成図。
【図５】本発明の実施の形態の回転機の軸を軸受の中心へ調整する際の原理を示す構成図。
【図６】本発明の実施の形態の回転機診断方法の概略構成を示すブロック図。
【符号の説明】
【００４２】
１・・・回転機、２・・・軸、３・・・軸受、４・・・軸変位検出器、４ａ・・・第１の軸変位検出器、４ｂ・・・第２の軸変位検出器、５・・・入力装置（入力手段）、６・・・記録装置（記録手段）、７・・・表示装置（表示手段）、８・・・クリアランス算出手段、９・・・軸初期位置、１０・・・軸変位位置、１１・・・表示装置における軸初期位置、１２・・・表示装置における軸変位位置、１３・・・表示装置における軸中心の変位軌跡、１４・・・表示装置における軸中心の初期位置、１５・・・表示装置における軸中心の変位軌跡の最大外側を結んで形成した外接円、１７・・・軸受中心、１８・・・表示装置における現在の軸位置、１９・・・軸変位検出器設置工程、２０・・・入力工程、２１・・・記録工程、２２・・・表示工程、２３・・・クリアランス算出工程
【図１】
2005326155.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2005326155.tif 000007
【図６】
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